potenciales impactos del cambio climático en el ciclo ... · variables campo laboratorio calculo...
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
28.06.2011
Potenciales impactos del cambio climático en el ciclo
hidrológico de la cuenca del Río Comarapa
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
• Objetivos
• Método
• Modelo SWAT
• Modelos climáticos - Escenarios de cambio climático
• Impactos en el ciclo hidrológico
• Modelo WEAP - Manejo de RRHH bajo escenarios
de cambio climático
• Discusión
Contenido de la presentación
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Gestión Integral de Cuencas
Objetivos del estudio
• Identificar potenciales impactos del cambio climático en el ciclo
hidrológico de la cuenca del río Comarapa y brindar elementos para
la formulación de medidas de adaptación.
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Gestión Integral de Cuencas
Método
• Datos
meteorológicos
• Cobertura y Uso
de la Tierra
• Suelos
Modelo Hidrológico
SWAT
Resultados
Modelo de
circulación
regional
Modelo Hidrológico
bajo escenarios de
Cambio Climático
impactos en la
modalidad de uso del
agua WEAP
Medidas de adaptación
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Gestión Integral de Cuencas
Secuencia de la Modelación
Modelo Regional de
Cambio climático
Modelo Hidrológico
SWAT WEAP con
Escenarios de Cambio
Climático y Medidas de
Adaptación
Modelo Ciclo
Hidrológico
Modelo Ciclo Hidrológico
SWAT con escenarios de
Cambio Climático
Identificación de Impactos o
tendencias
Formulación de medidas de
Adaptación
Evaluación - Adecuación
Tendencias de
Cambio Climático
Global
Ejecución de Medidas de
Adaptación
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Gestión Integral de Cuencas
Modelo SWAT – ¿Cómo funciona?
Métodos de cálculo de los principales procesos:
Escurrimiento superficial Número de Curva SCS
Green & Ampt
Evapotranspiración Penman – Montheit
Hargreaves
Transito de agua y sedimentos en ríos Almacenamiento variable
Muskingum
Movimiento de agua en el suelo Cap. de almacenamiento
Modelo SWAT
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Gestión Integral de Cuencas
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Modelo SWAT – ¿Cómo funciona?
Unidades de respuesta hidrológica HRUs (combinación unica de cobertura pendiente suelo)
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo Digital de Elevación
Por interpolación curvas de nivel
IGM 1:5000
Resolución 10m
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
• Mapa de suelos
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo SWAT – Datos de entrada
• Mapa de suelos
Parámetros edáficos para cada perfil (en base de datos)
Variables Campo Laboratorio Calculo
Grupo hidrológico X
Máxima profundidad de raíces X
Fracción de porosidad del suelo X
Volumen de fragmentación X
Textura X
Profundidad del horizonte X
Densidad aparente X
Capacidad de retención de agua X X
Conductividad hidráulica X
Contenido de carbono orgánico X X
% de Arena, Arcilla y Limo X X
Albedo X X
Factor de erodabilidad K X
Conductividad eléctrica X
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo SWAT – Datos de entrada
• Mapa de cobertura de la
tierra
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo SWAT – Datos de entrada
• Mapa de cobertura de la tierra
Parámetros (agua-suelo-atmósfera) para cada unidad (base de datos)
Parámetros principales
Eficiencia en el uso de radiación
Índice de área foliar y diferentes fracciones según etapas e crecimiento
Altura máxima de dosel
Máxima profundidad de raíces
Temperatura optima para crecimiento
Temperatura mínima (base) para el crecimiento
Relación Nitrógeno /rendimiento
Relación Fosforo /rendimiento
Relación Nitrógeno/biomasa
Conductancia estomatal
Presión de vapor
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo SWAT – Datos de entrada
• Datos meteorológicos e
hidrométricos
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Gestión Integral de Cuencas
Datos de entrada SWAT
Modelo SWAT – Datos de entrada
• Datos meteorológicos
Parámetros climáticos (base de datos)
Variables climáticas (Series diarias) Parámetro calculado
Temperatura máxima y mínima Tra máxima mensual promedio*
Tra. mínima mensual promedio*
Desviación estándar Tras. Diarias Máximas y mínimas
Precipitación Precipitación media mensual*
Desviación estándar de la precipitación diaria*
Coeficiente de asimetría de la precipitación diaria del mes*
Probabilidad de ocurrencia de día lluvioso después de un día seco*
Probabilidad de ocurrencia de día seco después de un día lluvioso*
Promedio de días con lluvia*
Máxima intensidad de lluvia para 0.5 horas*
Ubicación Latitud - Longitud Horas luz
Radiación solar promedio
Humedad relativa del ambiente Punto de roció **
Velocidad de viento Velocidad media
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Gestión Integral de Cuencas
Modelo SWAT – Calibración
Modelo SWAT
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
en
e-9
2
ab
r-9
2
jul-
92
oct-
92
en
e-9
3
ab
r-9
3
jul-
93
oct-
93
en
e-9
4
ab
r-9
4
jul-
94
oct-
94
en
e-9
5
ab
r-9
5
jul-
95
oct-
95
en
e-9
6
ab
r-9
6
jul-
96
oct-
96
en
e-9
7
ab
r-9
7
jul-
97
oct-
97
en
e-9
8
ab
r-9
8
jul-
98
oct-
98
en
e-9
9
ab
r-9
9
jul-
99
oct-
99
en
e-0
0
ab
r-0
0
jul-
00
oct-
00
en
e-0
1
ab
r-0
1
jul-
01
oct-
01
Cau
dale
s m
3seg
-1
Caudales La Canada
Caudales SWAT
NSE 0.6 >0.5
PBIAS -14 +- 20
RSR 0.6 <0.7
Moriasi, D. N., J. G. Arnold, et al. (2007)
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Escenarios de Cambio Climático en el Modelo
GCM
ECHAM4 2071 - 2100
2001 - 2030
RCM Cuenca Comarapa
• Precipitación
• Temperatura
• Humedad relativa
• Radiación solar
Escenario CC
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Gestión Integral de Cuencas
Experimentos
1961-1990 2001-2030 2071-2100
Insumos línea base A2 B2 A1B A2 B2 A1B
ECHAM4 x x x - x x -
HadAM3P x - - - x x -
HadCM3Q x - - x - - xERA40 x - - - - - -
24 experimentos (50x50 y 25x25km)
Modelo Climático Regional para Bolivia
Chistian Seiler – FAN
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Gestión Integral de Cuencas
Validación con datos meteorológicos
Temperatura (54 estaciones) Precipitación (57 estaciones)
Chistian Seiler – FAN
Modelo Climático Regional para Bolivia
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Gestión Integral de Cuencas
Resultados Validación
– análisis grid-a-grid (i)
Modelo Climático Regional para Bolivia
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Gestión Integral de Cuencas
Resultados – análisis
punto-a-punto (i)
Bolivia y Tierras
Bajas
Modelo Climático Regional para Bolivia
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Modelo Climático Regional para Bolivia
Resultados – análisis
punto-a-punto (i)
sub Andes y altiplano
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Gestión Integral de Cuencas
MAPAS RASTER (res.25km)
PROMEDIO MENSUAL 30AÑOS
Precipitación
Temperatura media
Radiación solar
Humedad Relativa
PRECIS x01, x02, x03, x04, x05
MAPAS RASTER (res.25km)
PROMEDIO MENSUAL
30AÑOS
Precipitación
Temperatura media
Radiación solar
Humedad Relativa
PRECIS x01 (línea base)
Diferencia
MAPAS RASTER (res.25km)
CAMBIO MENSUAL PROMEDIO
30AÑOS
Precipitación
Temperatura media
Radiación solar
Humedad Relativa
Escenarios , x02, x03, x04, x05
Resampleado
Unidades
compatibles con
SWAT
MAPAS RASTER (res.0.2 km)
CAMBIO MENSUAL PROMEDIO
30AÑOS
Precipitación
Temperatura media
Radiación solar
Humedad Relativa
Escenarios x02, x03, x04, x05
Conversión de
unidades
MAPAS VECTOR
SUBCUENCAS
SWAT
Análisis espacial
FACTORES DE CAMBIO
POR SUBCUENCA
no
si
Escenarios de Cambio Climático en SWAT
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Gestión Integral de Cuencas
Factores de cambio
para diferentes
variables climáticas
Escenarios de Cambio Climático en SWAT
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
-25,00
-22,00
-19,00
-16,00
-13,00
-10,00
-7,00
-4,00
-1,00
2,00
5,00
8,00
11,00
14,00
17,00
x02 x04 x03 x05
Ca
mb
io %
Escenarios de Cambio Climático
Precipitación
Evapotranspiración
Flujo base
Generacion de agua
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
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Gestión Integral de Cuencas
Evapotranspiración
Promedio anual por
subcuenca
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
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Gestión Integral de Cuencas
Flujo base
Promedio anual por
subcuenca
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
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Gestión Integral de Cuencas
Generación de agua
Promedio anual por
subcuenca
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Producción de
sedimentos
Promedio anual por
subcuenca
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
Promedio mensual para
la cuenca
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Cambio climático - Impactos en el ciclo hidrológico
Significancia estadística de los cambios
<-1.9% >3% < -4.7% < - 7%
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
• Datos
meteorológicos
• Cobertura y Uso
de la Tierra
• Suelos
Modelo Hidrológico
SWAT
Resultados
Modelo de
circulación
regional
Modelo Hidrológico
bajo escenarios de
Cambio Climático
impactos en la
modalidad de uso del
agua WEAP
Medidas de adaptación
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
El software Water
Evaluation & Planning
(WEAP), es una
herramienta diseñada para
brindar soporte a la
temática del manejo de
recursos hídricos.
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Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Esquematización en WEAP
• Principales nodos de demanda
• Principales fuentes de agua
• Enlaces conectivos
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Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Insumos para WEAP
• Resultados SWAT
a) Series temporales resultado de la
simulación SWAT. x02 y x04.
• Información sobre demanda hídrica
a) Demandas actuales de riego
(resultados de software ABRO)
b) Demanda de agua para consumo
Comarapa (cooperativa local).
c) Volúmenes de operación de la represa
La Cañada y proyección de la
capacidad de almacenamiento
(Wachholz, 2001).
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Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Árbol de escenarios en WEAP
Escenario de referencia (periodo 1993-2001) que representa las condiciones
actuales sin cambio climático.
Escenario de cambio climático para los años 2020-2030.
Escenario de manejo para el periodo 2020-2030
Escenario de cambio climático para los años 2090-2100.
Escenario de manejo para el periodo 2020-2030
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Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Variación de la oferta de agua
Promedio mensual
Total anual
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Gestión Integral de Cuencas
Sitio de demanda Nivel de actividad anual Tasa de uso anual de agua
1992 2100 1992 2100 Unidad
Población Comarapa 937 familias 1900 familias 140 140 m3familia-1
Agricultura zona alta 108 ha * 180 ha 16122 * 16122 m3 ha-1
Agricultura zona media 491 ha * 600 ha 7833 * 7833 m3 ha-1
Agricultura zonas baja 1201 ha * 2000 ha 18101 * 18101 m3 ha-1
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Proyección de la demanda de agua
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Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Variación mensual de la demanda de agua
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Demanda de agua no cubierta
0
5
10
15
20
25
Mm
3añ
o-1
CC 2001-2030
CC 2070-2100
Referencia (no CC)
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Gestión Integral de Cuencas
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Abr May
Mm
3m
es
-1
CC 2020-2030
CC 2090-2100
Impactos del CC en el aprovechamiento de los RRHH
Volumen de agua en la represa La Cañada
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Gestión Integral de Cuencas
28.06.2011
Zona/CultivoSistema de riego superficie (ha)
Actual ABRO Mejorado Aspersión Goteo
Cuenca baja 1201 665 525 11
Cuenca media 491 207 274 10
Cuenca alta 101 44 33 24
Eficiencia de riego
.
Captación 0.8 0.9 0.9 0.9
Conducción 0.75 0.95 0.95 0.98
Distribución 0.75 0.8 0.95 0.98
Aplicación 0.55 0.65 0.75 0.92
Total 0.25 0.44 0.61 0.80
Reforestación cuenca alta Optimización sistemas de riego
Medidas de adaptación al CC
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Medidas de adaptación al CC - Efectos
Reducción de la demanda no cubierta
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Gestión Integral de Cuencas
Medidas de adaptación al CC - Efectos
Reducción de la demanda no cubierta – zonas agrícolas en cuenca media
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
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Medidas de adaptación al CC - Efectos
Reducción de la demanda no cubierta – zonas agrícolas en cuenca media
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Discusión
o Si bien el modelo SWAT demanda bastante información, es posible
adecuarlo a ciertas limitaciones.
o SWAT es útil y versátil para representar procesos hidrológicos a
distintos niveles agregación espacial y escalas.
HRUs umbrales de agregaciòn
Cuencas de pequeña o gran extensión
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Discusión
o SWAT permite diversas agregaciones temporales de los resultados del
modelo.
o SWAT facilita el análisis de otros procesos vinculados al ciclo
hidrológico (deforestación, inundaciones, contaminación, ecosistemas)
Series diarias, mensuales, anuales
Relación hidrología- dinámica de inundaciones
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PROAGRO
Gestión Integral de Cuencas
Discusión
o Es necesario generar y analizar el efecto de otros escenarios de
Cambio Climático (GCMs – RCMs).
o Es necesario explorar diversas formas de inclusión de escenarios de
CC en el modelo (series diarias, métodos estadísticos, etc)
Considerar otros GCMs RCMs Inclusión de escenarios de CC en el modelo
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Gestión Integral de Cuencas
Discusión
o Combinación SWAT WEAP tiende la brecha entre los ámbitos: biofísico
y socioeconómico.
o WEAP permite caracterizar y evaluar diversos escenarios de manejo de
RRHH, requiere gran volumen de información.
o WEAP puede considerarse como una herramienta de gestión y/o
planificación.
Future Water,2008
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Gestión Integral de Cuencas
Gracias
Alex Ovando
FAN Bolivia